热带太平洋上层海洋对台风的响应

发布时间：2017-08-28 21:04

  本文关键词：热带太平洋上层海洋对台风的响应

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【摘要】：认识上层海洋对台风的局地响应和海盆尺度响应机制,有助于提高台风的预报水平并阐明台风在地球气候系统中的作用。本文结合卫星观测资料、Argo剖面浮标资料和一个大洋环流模式(OGCM)来研究热带太平洋上层海洋对台风的响应特征,并进一步讨论在海洋响应中起主要作用的物理过程。文中使用的OGCM是一个采用了复合混合方案的分层海洋模式。首先,我们研究了上层海洋对台风的局地响应。台风风场是使用局部加权回归(Loess)方法,从6小时采样频率的多平台交叉验证(CCMP)卫星散射计观测产品中提取获得；提取到的台风风场加上气候平均态的风场用于驱动海洋模式,并通过比较有台风和无台风驱动的实验结果来检验海洋对台风的响应。以2008年5月生成并经过热带西太平洋的强台风威马逊为个例,我们发现模式模拟得到的上层海洋的响应与观测结果比较一致,主要特征包括海洋混合层快速加深、海洋向大气通过潜热通量释放热量、台风中心区域生成强上升流,导致沿着台风路径形成明显且持续的海表冷尾迹。海表混合层的热收支分析表明,垂直湍流混合与上升流是造成海表降温的主要原因,而海表热通量的作用也不可忽略。更有意思的是,在混合与上升流的共同作用下,上层海洋的温度异常呈现复杂的多层结构特征。其次,我们分析了热带太平洋上层海洋对台风的海盆尺度响应。台风风场选自2008年发生在西太平洋赤道外区域(纬度高于10°N/S)的所有热带气旋；这些从卫星产品中用Loess方法提取的台风风场被加到气候态风场上来重复驱动海洋模式,并通过与仅有气候态风场驱动的实验比较,获得热带太平洋对热带气旋响应的气候态特征。结果表明,在西太平洋热带气旋的作用下,不仅在气旋活跃区域出现显著而持续的局地响应,而且伴随这些响应的温度异常可以随着热带太平洋的海洋环流系统在海盆尺度上传播。特别是在远离台风源区的赤道东太平洋区域,出现海表温度降低而温跃层温度升高的现象。热收支分析表明垂向混合增强是导致海表降温的主要原因。也就是说,由于西太平洋台风对上层海洋热结构的影响,由赤道潜流从西太平洋带到东太平洋的海水具有较弱的层化,导致垂向混合增强。本研究有两个主要的创新点。第一,我们发现上层海洋对台风的局地响应呈现四层的热异常结构,包括表层降温、次表层增温,以及另一对温跃层中的降温、增温层。这种结构来自台风的混合和抽吸作用的共同影响,说明上层海洋对台风的响应远比以前想象的复杂。第二,我们发现西太平洋台风的作用会导致赤道东太平洋变冷,这和以前研究给出的台风引起赤道东太平洋增暖的结果截然相反。我们的实验与前人最大的不同是我们使用了实际的台风风场,而他们只是在模式中人为加入了台风混合效应的参数化。这些发现表明,目前被学术界广泛接受的“热泵”理论过度简化了台风对海洋的作用,我们必须重新审视基于这一理论估算的台风对大洋环流和热输运的影响。
【关键词】：台风 热带太平洋 Argo 海洋模式 海洋的响应
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P732
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 研究现状13-21
• 1.2.1 上层海洋对台风的局地响应13-16
• 1.2.2 上层海洋对台风的海盆尺度响应16-21
• 1.3 本文学术构想和内容安排21-24
• 2 观测数据及数值模式24-37
• 2.1 观测数据24-30
• 2.1.1 热带气旋的最佳路径24-25
• 2.1.2 海面风场25-27
• 2.1.3 海表温度27-28
• 2.1.4 Argo观测28-30
• 2.2 数值模式30-37
• 2.2.1 Gent-Cane约化重力模式30-32
• 2.2.2 差分方案32-34
• 2.2.3 复合混合参数化模型34-37
• 3 上层海洋对台风的局地响应37-74
• 3.1 Loess滤波方法提取台风风场41-44
• 3.2 数值模式及实验设计44-51
• 3.3 上层海洋对台风威马逊(2008)的局地响应特征51-59
• 3.3.1 海表温度的响应52-56
• 3.3.2 上层海洋垂向温度的响应56-58
• 3.3.3 混合层深度的响应58-59
• 3.4 上层海洋对台风威马逊(2008)响应的物理机制59-69
• 3.4.1 海表面的热通量60-61
• 3.4.2 混合层内的热收支分析61-63
• 3.4.3 影响上层海洋对台风响应的物理过程63-69
• 3.5 敏感性实验69-72
• 3.6 本章小结72-74
• 4 热带太平洋对台风的海盆尺度响应74-102
• 4.1 数值模式及实验设计75-80
• 4.2 热带太平洋对台风的海盆尺度响应特征80-89
• 4.2.1 海盆尺度上年平均响应特征80-84
• 4.2.2 海洋响应的季节变化84-87
• 4.2.3 响应的垂直结构87-89
• 4.3 响应的物理机制89-97
• 4.3.1 混合层内的热收支分析89-94
• 4.3.2 引起遥响应的主要海洋过程94-97
• 4.4 敏感性实验97-101
• 4.5 本章小结101-102
• 5 总结与讨论102-108
• 5.1 结论102-105
• 5.2 讨论及工作展望105-108
• 参考文献108-118
• 致谢118-120
• 个人简历、在学期间发表的学术论文120

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3 卢Y，

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